Minijaturno božićno drvce izrađeno u potpunosti od čestica leda postalo je neočekivani protagonist istraživanja koje su proveli fizičari iz Nizozemske. Daleko od toga da bude samo blagdanska zanimljivost, ovaj projekt krije obećavajuću inovaciju u aditivnoj proizvodnji i manipulaciji materijalima u ekstremnim uvjetima.
Stvaranje ledenog drvca pomoću 3D ispisa
Malo drvce, visoko svega osam centimetara, dizajnirano je i izgrađeno pomoću modificiranog 3D pisača, koristeći vodu kao glavnu sirovinu. Prema istraživačima sa Sveučilišta u Amsterdamu, integriran je vodeni mlaz kao „mlaznica” za ispis, što je omogućilo kontrolirano stvaranje strukture. Eksperiment, objavljen u časopisu Nature, započeo je kao povod za ulazak u blagdanski duh, ali je ubrzo otkrio niz tehničkih i znanstvenih mogućnosti velikog dosega.
Stvaranje ledenog drvca dokazuje da je moguće graditi složene oblike isključivo s vodom, bez aditiva ili pomoćnih kemijskih proizvoda. Ključ leži u preciznoj kontroli vremena i temperature, kao i upravljanju okolišem pomoću vakuumskih komora i mehaniziranih sustava vođenja u ispisu.
Uloga hlađenja isparavanjem u ispisu leda
Fizički princip koji omogućuje ovaj napredak je hlađenje isparavanjem. U svakodnevnim terminima, to je fenomen koji doživljavamo kada znoj isparava ili kada vidimo paru kako se diže iz vrućeg napitka. Istraživači su primijenili isti mehanizam u laboratorijskim uvjetima: prskanjem vode unutar posude u kojoj je tlak zraka drastično smanjen pomoću vakuuma, površinske molekule tekućine brzo izlaze u obliku pare.
Tim je potvrdio da je, s mlazom promjera svega 16 mikrometara, brzina hlađenja bila izuzetno visoka. To je zbog visokog omjera površine i volumena kapljica, što olakšava učinkovito izvlačenje topline i omogućuje vodi da se smrzne odmah nakon udara o površinu ispisa. Zahvaljujući ovom procesu, struktura leda može se formirati sloj po sloj prije nego što se potpuno skrutne.
Inovacija u usporedbi s tradicionalnim metodama
Pristup koji su razvili istraživači predstavlja raskid s tradicionalnim metodama ispisa leda, koje su zahtijevale skupu ili složenu infrastrukturu, poput korištenja trajno hlađenih podloga ili tekućeg dušika za održavanje stabilnosti leda. Nasuprot tome, postupak temeljen na hlađenju isparavanjem eliminira potrebu za skupom kriogenom opremom.
Potencijalni utjecaj i primjena na Marsu
Osim blagdanske dekoracije, 3D ispis na ledu otvara vrata inovacijama u različitim poljima. U proizvodnji kompozitnih materijala, ledeni kalupi mogu se koristiti kao privremeni elementi koji se uklanjaju jednostavnim otapanjem, bez ostavljanja kemijskog otpada. U inženjerstvu tkiva, ispisani led omogućuje stvaranje privremenih skela za biomedicinske primjene.
Jedan od najuzbudljivijih horizonata studije je mogućnost korištenja ove tehnike u izvanzemaljskim uvjetima, poput površine Marsa. Prema timu, atmosferski tlak na Marsu nalazi se unutar radnog raspona ove tehnologije, što bi omogućilo astronautima da koriste lokalni led za izradu struktura na licu mjesta, dokazujući kako jedno malo božićno drvce može biti sjeme tehnologije budućnosti.
